頂蓋外板是白車身上一個重要的制件，其尾部與多個制件存在連接、匹配關(guān)系。本文針對頂蓋外板尾部兩側(cè)褶皺問題，從理論、工藝以及模擬分析出發(fā)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并通過工藝優(yōu)化提出相應(yīng)的解決措施，最終在實(shí)物上驗(yàn)證解決了這一問題。
頂蓋外板是白車身上一個重要的制件。其主型面為外觀A 級曲面，與側(cè)圍外板、后背門等多個外表面件存在搭接關(guān)系，其結(jié)構(gòu)面也與流水槽、加強(qiáng)橫梁等眾多小件存在焊接、涂膠等連接關(guān)系。頂蓋外板尾部兩側(cè)區(qū)域雖然被劃分為外觀Ⅱ區(qū)(依據(jù)康采恩分區(qū)原則)，但由于與多個小件存在焊接、涂膠的連接關(guān)系，其表面要求不得有較大的波浪、褶皺問題。本文針對多個項(xiàng)目中頂蓋外板尾部兩側(cè)褶皺的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析探討，并進(jìn)行了相應(yīng)的工藝改善。
問題闡述
在近期兩個項(xiàng)目中，頂蓋外板尾部兩側(cè)均出現(xiàn)了大小不一的褶皺現(xiàn)象。經(jīng)整形鑲塊強(qiáng)壓后仍有部分褶皺無法消除，如圖1 所示。
原因分析
理論分析
起皺是一種厚度方向上塑性失穩(wěn)的表現(xiàn)。一般情況下，如果板料的相對厚度較小，而壓應(yīng)力又較大時，在板厚方向上最容易失去塑性穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向彎曲，使板料在垂直方向上做微小的移動，進(jìn)而出現(xiàn)輕微的波狀，隨高度的增加發(fā)生起皺。
按照引發(fā)起皺的應(yīng)力情況，主要可以分為壓應(yīng)力起皺(即壓應(yīng)力作用下失穩(wěn)，如凹模口的起皺)、不均勻拉應(yīng)力起皺(即板料受到的外力是同軸平衡力，但拉應(yīng)力不均勻而引起的不均勻變形，如外覆蓋件常見的表面波紋)和切應(yīng)力起皺(即板料受到的外力是非同軸平衡力，產(chǎn)生剪切應(yīng)力導(dǎo)致起皺)等。在產(chǎn)品上沿褶皺趨勢方向大致做兩條垂直的剖線，測量從側(cè)整R 角下切點(diǎn)到流水槽R 角切點(diǎn)的距離，剖線從外向內(nèi)線長在減少(圖2)。根據(jù)上文所述的起皺產(chǎn)生機(jī)理可以初步判定該位置存在壓應(yīng)力起皺，類似于拉深成形中凹模口的起皺現(xiàn)象。
工藝分析
這兩個項(xiàng)目中，頂蓋外板的成形工藝基本一致，具體成形工藝如圖3 所示。從工藝上可以看出，頂蓋外板尾部的成形主要分為以下幾個部分：首先，OP20 尾部的直翻邊，其目的在于硬化A 面棱線R 角，盡可能減少尾部側(cè)整帶來的面品缺陷；其次，OP30進(jìn)行尾部側(cè)整，尾部主要的結(jié)構(gòu)面在側(cè)整形鑲塊的作用下成形；最后，OP40 進(jìn)行尾部流水槽的整形及修邊，形成最終產(chǎn)品。受工序數(shù)限制，OP20 尾部直翻邊的同時進(jìn)行了兩側(cè)的修邊工作，在OP30 整形時尾部兩側(cè)已經(jīng)修邊到位，不存在整形壓料。這也就無法避免側(cè)整形時尾部兩側(cè)的走料。
CAE 模擬分析
雖然A、B 兩個產(chǎn)品的褶皺在位置上略有不同，但其褶皺的產(chǎn)生機(jī)理是一致的。下面就以A產(chǎn)品為例，借助CAE 軟件進(jìn)行更進(jìn)一步的分析。如圖4 所示，在側(cè)整形過程中特別是接近結(jié)束時，材料主要以箭頭所示方向流動，由于其側(cè)整深度的不同以及鉸鏈面的要料，材料并非線性的流動。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的差異，呈現(xiàn)出不同區(qū)域聚集的現(xiàn)象。圖5 所示的應(yīng)力狀態(tài)分布就很好的說明了這一現(xiàn)象。這種非線性的材料流動也導(dǎo)致了應(yīng)變分布上的差異性，從圖6 可以看出在鉸鏈臺過渡面及側(cè)整根部的應(yīng)變較大，同時可以看到尾部兩側(cè)的型面上分布的壓應(yīng)變方向基本與走料方向垂直。綜合理論及CAE 分析結(jié)果，同時結(jié)合工藝分析的結(jié)論，可以確定該褶皺是在走料過程中由于垂直方向上多料產(chǎn)生的一種壓應(yīng)力起皺，是一種類似于拉深成形中凹模口的起皺現(xiàn)象。
應(yīng)對措施及驗(yàn)證
由于該位置的起皺屬于壓應(yīng)力起皺，而原工藝中缺乏有效的壓料，如何設(shè)置有效的整形壓料成為解決問題的關(guān)鍵。
方案1：先進(jìn)行周圈整形后進(jìn)行周圈修邊，具體工藝流程如圖7 所示。這也是早期常采用的一種頂蓋成形工藝。其中OP20 整形壓料情況如圖8 所示，通過在側(cè)整兩側(cè)增加側(cè)壓料的措施，抑制了側(cè)整過程中兩側(cè)材料的流動。在此工藝方案下成形的產(chǎn)品實(shí)物狀態(tài)如圖9 所示，可以看出頂蓋尾部兩側(cè)已經(jīng)沒有明顯的褶皺。
但在該工藝方案下，制件容易在整形凸模與固定凸模接縫處產(chǎn)生面品缺陷。為了頂蓋外板尾部側(cè)整后能順利取件，一般采用推拉或者插刀式的活動凸模(圖10)。調(diào)試過程中，如果活動凸模與下模的固定凸模接縫研配不到位或者活動凸模工作狀態(tài)限位不穩(wěn)，都將導(dǎo)致凸模型面分縫位置出現(xiàn)斷差，在斷差的端頭部位一般形成坑(圖11)，中部則多形成印痕或波浪的缺陷。在實(shí)際情況中，接縫處的裝配及研配一般很難達(dá)到完全貼合的狀態(tài)，最終都將會在棱線或主型面上形成輕微的面品缺陷。
方案2：鑒于方案1 的缺陷，考慮將周圈整形分到兩序進(jìn)行，同時將整形區(qū)域避開活動凸模與固定凸模的接縫區(qū)域。據(jù)此設(shè)計(jì)工藝方案如下，周圈整形分到OP20 及OP30 兩序進(jìn)行：OP20 尾部整形，其他區(qū)域進(jìn)行修邊；OP30 尾部部分修邊，其他區(qū)域進(jìn)行整形。在工藝設(shè)計(jì)上，為了避免兩序整形接刀不順，需要保證正側(cè)整形的交刀量。如圖13 所示，重合區(qū)域至少在30mm 以上，最佳設(shè)置在50mm 以上，同時為了避免出現(xiàn)方案1 的面品缺陷，在OP20 尾部側(cè)整時，整形區(qū)域需要避開活動凸模與固定凸模接縫區(qū)域25mm 以上。通過CAE 分析可以看出，受側(cè)整形時側(cè)壓料的影響，材料基本沿紅色箭頭方向(圖14)流動補(bǔ)充成形過程中的缺料，在垂直方向上很少有材料的流動。這就避免了兩側(cè)材料流動帶來的壓應(yīng)力起皺。目前已按照此工藝方案出件，最終的實(shí)物狀態(tài)如圖15 所示，可以看出制件尾部兩側(cè)的褶皺已經(jīng)完全解決。
結(jié)論
通過將整形分散到兩序進(jìn)行，對頂蓋外板尾部側(cè)整區(qū)域兩側(cè)進(jìn)行有效壓料從根源上解決了頂蓋外板尾部兩側(cè)的褶皺問題。通過該問題的解決，有以下幾點(diǎn)總結(jié)：⑴引起褶皺的原因有很多種，需要找到問題的根本原因才能有效解決問題。這次褶皺產(chǎn)生的根源在于壓應(yīng)力起皺，因此，頂蓋的起皺模型就可以簡化到簡單的拉深模型上，解決措施也就可以順利制定。⑵工藝排布極大的影響了制件的成形質(zhì)量。制件各個小區(qū)域的成形工藝可以簡單模塊化，根據(jù)成形需要可以將這些分散的小區(qū)域的成形工藝合理組合形成完整的制件成形工藝。⑶優(yōu)化的工藝方案可能帶來新的面品缺陷，在不引入新缺陷的前提下解決當(dāng)前問題才是最優(yōu)方案。
